車古27井深井小井眼鉆井技術(shù)

呂興輝

摘要： 車古27井是中石化重點(diǎn)預(yù)探井，由于三開鉆遇高壓層，技術(shù)套管提前下入，使四開小井眼段長度增加，施工難度進(jìn)一步增大。四開要解決深井小井眼鉆進(jìn)困難、直井防斜難度大、上古生界煤層以及多套壓力層系并存等難題。針對以上難點(diǎn)，施工中優(yōu)選PDC鉆頭、優(yōu)化鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)、改良低固相聚合物鉆井液體系、制定有效的井控技術(shù)措施，最終安全高效的完成了深井小井眼施工，取得了豐碩的勘探成果，為深井小井眼鉆井技術(shù)的發(fā)展提供了有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：車古27井；小井眼；煤層；低固相聚合物鉆井液；多套壓力層系

1概況

車古27井是中石化在勝利油田車鎮(zhèn)區(qū)塊布置的一口重點(diǎn)預(yù)探井，目的是了解車鎮(zhèn)凹陷車古27井區(qū)古生界含油氣情況。該井設(shè)計三開技術(shù)套管下至下古生界潛山頂（設(shè)計井深5280m），由于三開在井深3500.43m（沙三下）鉆遇高壓層，經(jīng)反復(fù)循環(huán)壓井，鉆井液由設(shè)計密度（1.40-1.55）g/cm3逐步提高到1.75g/cm3，大大超出了上古生界地層承壓能力，決定提前下入技術(shù)套管至上古生界煤巖基線，井身結(jié)構(gòu)的改變將原本三開要解決的地質(zhì)難題留到四開，施工難度進(jìn)一步增大。四開地質(zhì)分層情況如下：上石盒子組4494m，山西組5088m，太原組5224m，本溪組5305m，八斗組5443.5m，上馬家溝組5505m，巖性以泥巖、細(xì)砂巖、煤層、砂質(zhì)泥巖、灰質(zhì)細(xì)砂巖、石膏質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主。

2 施工難點(diǎn)分析

2.1 小井眼鉆進(jìn)困難

（1）地層巖性因素

隨著井深不斷增加，上古生界地層沉積壓實(shí)程度高，巖石研磨性強(qiáng)，可鉆性差；下古生界白云巖、灰?guī)r等巖石的強(qiáng)度高，抗壓和抗剪切能力強(qiáng)。

（2）鉆井工具因素

鉆進(jìn)時，鉆具同時受軸向應(yīng)力、扭矩和彎曲力矩作用，產(chǎn)生劇烈的交變應(yīng)力循環(huán)[1]，容易疲勞破壞，發(fā)生鉆具事故。動力鉆具雖然能夠滿足小鉆壓、高轉(zhuǎn)速的施工要求，但壓耗大，且150°的井底溫度對橡膠元件傷害很大，所以動力鉆具的使用受到制約。

2.2 小井眼直井防斜困難

古生界地層傾角高達(dá)15°，地層可鉆性的縱向變化使得鉆頭徑向受力不均，容易造成井斜；小井眼鉆具剛性小、易彎曲的特點(diǎn)使得鉆具防斜能力差。

2.3 煤層段施工難點(diǎn)

上古生界泥砂巖互層夾多套煤層，厚度1-3m不等。煤層脆性大，受沖擊碰撞容易破裂坍塌；煤層節(jié)理的微裂縫發(fā)育，毛細(xì)效應(yīng)明顯，使煤層表面易吸水水化加劇煤層的剝落坍塌[2]。另外，保護(hù)煤層氣不受污染也是該井的施工重點(diǎn)。

2.4多套壓力層系并存

古生界既有高壓層，又有裂縫易漏層，存在多套壓力層系。施工中既要壓穩(wěn)高壓層，又要防止井漏的發(fā)生，鉆井液密度窗口小，一旦操作不當(dāng)容易抽汲誘噴、激動壓漏地層。施工中還可能鉆遇古生界的發(fā)育裂縫或者溶洞，形成上噴下漏。

3 主要技術(shù)措施

3.1 工程技術(shù)措施

（1）優(yōu)選PDC鉆頭

根據(jù)巖性特點(diǎn)，優(yōu)選PK5235SJ型5刀翼PDC鉆頭，采用雙級切削結(jié)構(gòu)布齒，鑲有16mm進(jìn)口聚晶金鋼石復(fù)合片，增大了PDC鉆頭的抗研磨能力，延長井底作業(yè)時間，減少起下鉆次數(shù)，提高施工效率。

（2）優(yōu)化井底鉆具組合

三開井底井斜和水平位移余量充足，上古生界煤層段以安全鉆進(jìn)為主，簡化鉆具結(jié)構(gòu)；下古生界控制井斜和水平位移，使用降斜鉆具組合。鉆穿煤層后，使用鐘擺鉆具組合降斜，加入Φ148mm欠尺寸扶正器構(gòu)成“18m單扶”，收到了一定的降斜效果。

（3）優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)

推薦鉆壓30KN，鉆具受力的中性點(diǎn)落在鉆鋌上，既能保證鉆頭切削晶片能夠吃入地層，又可以防止鉆桿疲勞破壞。推薦轉(zhuǎn)速60RPM，雖然高轉(zhuǎn)速可以獲得更高的機(jī)械鉆速，但鉆柱對煤層的撞擊也越嚴(yán)重，煤層更易破碎坍塌。推薦排量為17L/s，泵壓18MPa，小井眼環(huán)空返速為1m/s，完全達(dá)到攜砂要求。

3.2鉆井液技術(shù)措施

復(fù)雜的地質(zhì)特點(diǎn)對鉆井液性能要求很高，通過對低固相聚合物鉆井液體系進(jìn)行配方改良，使其滿足深井小井眼施工要求。主要配方為：0.3-0.4%PAM+1.5-2%KFT+3-3.5%SD-101+0.8-1%AP-1 +2-2.5%瀝青+2%超細(xì)碳酸鈣+0.5-1%DSP-2+潤滑劑（適量）。性能參數(shù)為：密度：1.15-1.22 g/cm3，粘度：70s，API：<3ml，PH：9，HTHP：<10ml，YP：6-8 Pa，PV：15-20 mP·s。

該鉆井液具有很好的功能特點(diǎn)：1、粘切合適，具有很好的懸浮攜砂能力；潤滑性好，保證鉆具起下通暢。2、具有很好的抑制防塌能力，可以抑制泥巖水化膨脹、分散，能有效的防止煤層水化剝落坍塌；3、體系中的超細(xì)碳酸鈣能提高泥餅質(zhì)量，增加對地層微裂縫的暫堵能力，提高地層承壓性能，防止井漏的發(fā)生，達(dá)到保護(hù)油氣層的目的。

3.3井控技術(shù)措施

鉆進(jìn)過程中執(zhí)行設(shè)計鉆井液密度下限1.15g/cm3，但在5371m短起下作業(yè)時發(fā)生溢流，鉆井液密度提至1.22 g/cm3實(shí)現(xiàn)壓穩(wěn)。為防止壓漏下部地層，后期鉆進(jìn)時降低鉆井液密度，利用環(huán)空壓耗壓穩(wěn)地層；鉆井液中加入隨鉆堵漏劑和承壓堵漏劑，增加地層承壓能力；起鉆時用搬土漿、DSP-2、隨鉆堵漏劑配置重稠漿封井，通過提高環(huán)空當(dāng)量比重，增加鉆井液結(jié)構(gòu)力，有效的阻滯了氣體的侵入，同時進(jìn)一步加強(qiáng)了地層的承壓能力，防止井漏的發(fā)生；嚴(yán)格控制起下鉆速度，防止起鉆抽吸誘噴、下鉆激動壓力壓漏地層。

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果評價

車古27井四開從4942m鉆進(jìn)到5505m完鉆，在長達(dá)563m的深井小井眼施工中，用時16d3.5h，及時做到風(fēng)險預(yù)判，規(guī)避了故障復(fù)雜的發(fā)生。

（1）高效PDC鉆頭的使用，兩只鉆頭、兩趟鉆完成，鉆頭磨損程度較輕，展示了良好的機(jī)械性能。

（2）鐘擺鉆具通過加入扶正器改變鉆具幾何結(jié)構(gòu)降斜，節(jié)約成本、效果好。

（3）改良后的低固相聚合物鉆井液體系高溫性能穩(wěn)定，后期維護(hù)簡單，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。

（4）應(yīng)用的井控技術(shù)措施非常成功，避免了井噴、井漏事故的發(fā)生。

（5）勘探成果豐碩：錄取了古生界的地層壓力，為該地層油氣開發(fā)提供了寶貴的地質(zhì)資料；目的層測試結(jié)果為：6mm油嘴求產(chǎn)，產(chǎn)氣77080m3/d，具有很高的開發(fā)價值，得到甲方認(rèn)可。

5 認(rèn)識和建議

（1）深井鉆井排量主要受泵壓制約，使用復(fù)合鉆具[3]能從鉆具壓耗上有效解放排量。

（2）深井易斜井段尚沒有很好的防斜方法，通過改變鉆具幾何結(jié)構(gòu)控制井斜和位移滿足設(shè)計要求，需要上部井段留有合適的余量。

（3）在深井小井眼施工中，全新鉆具、電動鉆機(jī)、頂部驅(qū)動裝置、電動鉆井泵等配套設(shè)施是安全高效鉆井的重要保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳庭根等.鉆井工程理論與技術(shù)[M].山東東營：中國石油大學(xué)出版社，2006

[2]席鳳林.無固相鉆井液在煤層氣中的應(yīng)用[J].鉆井液與完井液，2009（9）

[3]程常修等.劍門1井超深超長小井眼鉆井技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2009（7）endprint